PARK, JUNHA;LEE, SEOKHWAN;KANG, KERNYONG;LEE, JINWOOK
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.30
no.6
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pp.567-577
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2019
Due to the depletion of fossil fuels and environmental pollution, demand for alternative energy is gradually increasing. Among the various methods, a method to convert biomass into alternative fuel has been proposed. The bio-fuel obtained from biomass through pyrolysis process is called pyrolysis oil (PO) or bio-oil. Because PO is difficult to use directly in conventional engines due to its poor fuel properties, various methods have been proposed to upgrade pyrolysis-oil. The simplest approach is to mix it with conventional fossil fuels. However, due to their different polarity of PO and fossil fuel, direct mixing is impossible. To resolve this problem, emulsification of two fuels with a proper surfactant was proposed, but it costs additional time and cost. Alternatively, the use of alcohol fuels as an organic solvent significantly improve the fuel properties such as fuel stability, calorific value and viscosity. In this study, blends of diesel, n-butanol, and coffee ground pyrolysis oil (CGPO) which is one of the promising PO, was applied to diesel generator. Combustion and emissions characteristics of blended fuels were investigated under the entire load range. Experimental results show that ignition delay is similar to that of diesel at high load. Although, hydrocarbon and carbon monoxide emissions are comparable to diesel, significant reduction of nitrogen oxides and particulate matter emissions were observed.
Hybrid rotor position estimation methods that integrate a fundamental model and high frequency (HF) signal injection are widely used for the wide speed-range sensorless control of interior permanent-magnet synchronous machines (IPMSMs). However, the direct transition of two different schemes may lead to system fluctuations or system instability since two estimated rotor positions based on two different schemes are always unequal due to the effects of parameter variations, system delays and inverter nonlinearities. In order to avoid these problems, a seamless transition strategy to define and construct a virtual q-axis inductance is proposed in this paper. With the proposed seamless transition strategy, an estimated rotor position based on a fundamental model is forced to track that based on HF signal injection before the transition by adjusting the constructed virtual q-axis inductance. Meanwhile, considering that the virtual q-axis inductance changes with rotor position estimation errors, a new observer with a two-phase phase-locked loop (TP-PLL) is developed to accurately obtain the virtual q-axis inductance online. Furthermore, IPMSM sensorless control with maximum torque per ampere (MTPA) operations can be tracked automatically by selecting the proper virtual q-axis inductance. Finally, experimental results obtained from an IPMSM demonstrate the feasibility of the proposed seamless transition strategy.
Natural gas is attracting attention as an alternative to existing fossil fuels. Natural gas has a high octane number. Therefore, knocking does not occur even if the compression ratio is increased, so that the thermal efficiency and the output can be improved. And it is relatively easy to apply the natural gas supply system to the internal combustion engine hardware system. In this study, a gasoline direct injection turbo engine was converted into a natural gas port injection type turbo engine. Therefore, the combustion and performance of the engine are measured and compared comprehensively in the region where the turbo operates.
Kim, Ji Youn;Yoon, Hyun Ki;Im, Chae Nam;Cho, Jang-Hyeon
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.4
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pp.377-385
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2022
Thermal batteries are specialized as primary reserve batteries that operate when the internal heat source is ignited and the produced heat (450~550℃) melts the initially insulating salt into highly conductive eutectic electrolyte. The heat source is composed of Fe powder and KClO4 with different mass ratios and is inserted in-between the cells (stacks) to allow homogeneous heat transfer and ensure complete melting of the electrolyte. An ideal heat source has following criteria to satisfy: sufficient mechanical durability for stacking, appropriate heat calories, ease of combustion by an igniter, stable combustion rate, and modest peak temperature. To satisfy the aforementioned requirements, Fe powder must have high surface area and porosity to increase the reaction rate. Herein, the hydrothermal and spray drying synthesis techniques for Fe powder samples are employed to investigate the physicochemical properties of Fe powder samples and their applicability as a heat source constituent. The direct comparison with the state-of-the-art Fe powder is made to confirm the validity of synthesized products. Finally, the actual batteries were made with the synthesized iron powder samples to examine their performances during the battery operation.
To implement carbon-neutrality in transportation sectors until 2050, hydrogen is considered a promising fuel for internal combustion engines because hydrogen does not contain carbon itself. Although hydrogen does not emit CO2 emission from its combustion process, the low energy density in a volume unit hinders the adoption of hydrogen. Therefore, the understanding of hydrogen jet behavior and measurement of equivalence ratio must be conducted to completely implement the high-pressure hydrogen direct injection. The main objective of this research is feasibility test of hydrogen local equivalence ratio measurement by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBs). To visualize the macroscopic structure of hydrogen jet, high-speed schlieren imaging was conducted. Moreover, LIBs has been adopted to validate the feasibility of hydrogen local equivalence ratio measurement. The hydrogen injection pressure was varied from 4 MPa to 8 MPa and injected in a constant volume chamber where the ambient pressure was 0.5 MPa. The increased injection pressure extends the vertical penetration of hydrogen jet. Due to the higher momentum supply when the injection pressure is high, the hydrogen has easily diffused in all directions. As the laser trigger timing has delayed, the low hydrogen atomic emission was detected due to the longer mixture formation time. Based on equivalence ratio measurement results, LIBs could be applied as a methodology for hydrogen local equivalence ratio measurement.
Oxygen, which is always present in the atmosphere among the three elements of combustion, can cause fires and explosions with only a very small amount of combustibles under high-pressure oxygen conditions. The burning rate is also significant, and can rise to temperatures that can have a direct impact, such as melting process equipment and piping in an instant. Therefore, accidents that occur under high pressure oxygen often cause more damage than other accidents. Recently, while operating a valve installed in an oxygen supply pipe, rapid combustion and rupture occurred inside, resulting in human casualties due to an explosion. In the case of an old carbon steel pipe, particles generated during operation become combustible and can cause accidents. . In particular, since oxygen facilities are facilities licensed under the High Pressure Gas Safety Management Actand there are no restrictions under the Occupational Safety and Health Act, accumulating these standards is of utmost importance. Therefore, in this study, based on accident cases and overseas standards, methods for improving safety when handling hyperbaric oxygen are reviewed.
Pressurized oxy-fuel combustion is a promising technology for $CO_2$ capture with a benefit of improving power plant efficiency compared with atmospheric oxy-fuel combustion. Prior to $CO_2$ compression in this process, a flue gas condenser (FGC) is used to remove $H_2O$ while recovering the latent heat. At the same time, the FGC has a potential for high-efficiency removal of $SO_x$ and $NO_x$ by exploiting their good solubility in water. In this study, experiments were carried out in a lab-scale, direct contact FGC under different pressures varying between 1 and 20 bar to evaluate the removal efficiency of $SO_2$ and $NO_x$ for individual gases and their mixture. In the tests for individual gases, 20% and 76% of $NO_x$ was removed at 1 bar and 10 bar, respectively. Even higher removal efficiencies were achieved for $SO_2$, and also these were maintained for longer as the pressure increased. In the tests for $SO_2$ and $NO_x$ mixture, the removal efficiency of $NO_x$ increased from 13% at 1 bar to 56% at 20 bar because of higher solubility at elevated pressures. $SO_2$ in the mixture was initially dissolved almost completely and then increased by 1,219 ppm at 1 bar and by 165 ppm at 20 bar. Overall, the removal efficiency of $SO_2$ and $NO_x$ was increased at elevated pressures, but it was lower in the mixture compared with individual gases at identical conditions because of a lower pH and associated chemical reactions in water.
Biomass co-firing to existing thermal power plants is one of the most economical and efficient way to reduce $CO_2$ emission from the plant. There are several methods of co-firing and it can be categorized into (1) Parallel co-firing, (2) Indirect co-firing, and (3) Direct co-firing. Parallel co-firing is the most expensive way to high-ratio co-firing because it requires biomass dedicated boiler. Direct co-firing is widely used because it does not need high capital cost compared with the other two methods. Regarding the direct co-firing, it can be classified into three methods- Method 1 does not need retrofit of the facilities because it uses existing coal mills for pulverizing biomass fuels. In this case high-ratio co-firing cannot be achieved because of poor grindability of biomass fuels. Method 2 needs biomass-dedicated mills and revision of fuel streams for the combustion system, and Method 3 needs additional retrofit of the boiler as well as biomass mills. It can achieve highest share of the biomass co-firing compared with other two methods. In Korea, many coal power plants have been adopting Method 1 for coping with RPS(Renewable portfolio standards). Higher co-firing ratio (> 5% thermal share) has not been considered in Korean power plants due to policy of limitation in biomass co-firing for securing REC(Renewable Energy Certificate). On the other hand, higher-share co-firing of biomass is widely used in Europe and US using biomass dedicated mills, following their policy to enhance utilization of renewable energy in those countries. Technical problems which can be caused by increasing share of the biomass in coal power plants are summarized and discussed in this report. $CO_2$ abatement will become more and more critical issues for coal power plants since Paris agreement(2015) and demand of higher share of biomass in the coal power plants will be rapidly increased in Korea as well. Torrefaction of the biomass can be one of the best options because torrefied biomass has higher heating value and grindability than other biomass fuels. Perspective of the biomass torrefaction for co-firing is discussed, and economic feasibility of biomass torrefaction will be crucial for implementation of this technology.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.21
no.4
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pp.88-100
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2013
This study evaluated the direct and indirect environmental impacts of various unit operations of a industrial waste incineration plant by using the life cycle assessment tool and reviewed the improvement plan. During the incineration process, the direct environmental impact was decreased with decrease in emission of various air pollutants by incorporating an air pollution prevention facilities. However, an increase in indirect environmental impacts was observed as a consequence of resources and energy of consumption at the various operational facilities. Consequently, quantitative direct and indirect impact were 89.1%, 10.9%, respectively. The environmental impact analysis of system revealed the highest impact of incineration followed by the impacts of other unit processes such as semidry reactor, and bag-filter. The various air pollutants and ashes generated during the incineration process caused the most significant environmental impact. Among the various categories of environmental impact, global warming accounted the highest impact(more than 85%) followed by eutrophication, and abiotic depletion. As a result of the avoided impact by the utilization of heat generated during the waste incineration process, using an incineration heat for steam and electricity obtained the impact reduction of 45.5%, 19.8%. So, during siting of new incineration plant, the utilization of steam generated from the waste combustion is highly considered to reduce the environmental impact.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.10
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pp.28-37
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2004
A two-dimensional direct numerical simulation was performed to investigate the evolution and vortical structure of a single vortex in reacting and non-reacting jet flow fields. A predictor-corrector-type numerical scheme with a low Mach number approximation was used, and a two-step global reaction mechanism was adopted as the combustion model. Through the comparisons of single vortex behaviors in reacting and non-reacting jet flow fields, it was found that the evolution characteristics and vortical structure of the single vortex were significantly influenced by a outer vortex that was generated from the buoyance effect as well as the chemical heat release. Furthermore, it was also identified that the differences of the vortical structure in reacting and non-reacting jet flow fields were mainly attributed to the thermal expansion, Baroclinic torque and buoyance effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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